(57)【要約】【課題】  複合バルブシートの粉末成形として、第一粉末の臼状をした傾斜面の傾き角が大きくなってもその形状を確実に保持し、第二粉末を充填したときにも臼状の傾斜面が崩れることがなく、安定した積層成形体を形成できるようにする。【解決手段】  第一粉末の成形体に第二粉末の成形体を傾斜状態で積層した複合バルブシートの粉末成形において、金型のダイキャビティ内に充填された前記第一粉末又は該第一粉体の予備形成体の表面部に、液体を染み込ませたのち、第二粉末を充填して圧縮成形することを特徴とする。【選択図】  図１
2005088030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一粉末の成形体に第二粉末の成形体を傾斜状態で積層した複合バルブシートの粉末成形において、金型のダイキャビティ内に充填された前記第一粉末又は該第一粉末の予備形成体の表面部に、液体を染み込ませたのち、前記第二粉末を充填して圧縮成形することを特徴とする複合バルブシートの粉末成形方法。
【請求項２】
前記液体が油、水、アルコールのいずれかである請求項１に記載の複合バルブシートの粉末成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関で使用される焼結合金製バルブシートのうち、特に複合バルブシートを製造する際の粉末成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジン等のバルブシートは、高温耐摩耗性が要求されるため金属間化合物や炭化物が分散している鉄系焼結合金が使用されている。このバルブシートは、エンジンの高性能化に伴うより優れた耐摩耗性に応えるために、耐熱や高温強度等の高温耐摩耗特性に寄与する多くの元素（Ｎｉ、Ｃｒ等）を鉄粉に添加する必要があり、コストが高いものとなる。この対策として、バルブと接するシート部には高級な焼結合金を用い、その他の本体には低級な鉄系焼結合金とした複合バルブシート（図７参照）がある。該複合バルブシートを製造する際の粉末成形では、例えば、特許文献１に記載のように、ダイキャビティに第一粉末を充填し、ダイに対して内側の下パンチを下降させることにより第一粉末の上面を臼状としたのち、第二粉末を臼状内に充填し、下パンチと、バルブシートのテーパ面を形成する形状の上パンチにより、圧縮成形する方法がある（図４参照）。この成形方法によれば、前記した高級な焼結金属部分をより少なくして目的を達成できるという利点がある。また、他の成形方法としては、特許文献２に記載のように、ダイキャビティに第一粉末を充填し、第一粉末の上面にパンチを押し込んで第一粉末の上面を臼状に造形したのち、該造形された予備成形体の臼状内に第二粉末を充填し、下パンチと、上パンチとにより圧縮成形する方法がある（図５参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５７−１４０８０２号公報（図５）
【特許文献２】特開昭５８−２１５２９９号公報（図５〜図１０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術において、特許文献１の成形方法では、粉末流動性が通常用いられる第一粉末だと、臼状をした傾斜面の傾き角を大きくすることが困難であり、また、臼状に形成された傾斜面がプレス機械の振動で崩壊し傾斜が緩やかになったり、第二粉末を充填する最中で、第一粉末の臼状部分が流動して、更に傾きが少なくなると共に臼状の傾斜面が崩壊する。これに起因して、製造される複合バルブシートは、例えば、第二粉末のフイーダ移動方向に対して前後及び左右で臼状の傾きが異なり、対向面にうねりを生じる。特許文献２に記載の方法では、臼状を形成するため高い圧力で粉末圧縮すると、予備成形体の密度が高くなることに起因し、第二粉末を充填して圧縮成形したとき、成形体の境界部に割れを生じる。一方、臼状を形成するための押圧力が低過ぎると、第二粉末を充填する際、第一粉末で形成された臼状部を第二粉末の充填時の荷重等でアタックするため、臼状の傾斜面が崩壊し、前記した場合と同様に不規則な境界面が形成される。本発明の目的は、以上のような課題を解消し、バルブシートの粉末成形として、例えば、第一粉末の臼状の傾斜角を大きく設定する場合にも、第二粉末のアタックに耐える傾斜面を形成可能にし、安定した積層成形体が得られるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以上の目的を達成するため本発明は、第一粉末の成形体に第二粉末の成形体を傾斜状態で積層した複合バルブシートの粉末成形において、金型のダイキャビティ内に充填された前記第一粉末又は該第一粉末の予備形成体の表面部に、液体を染み込ませたのち、圧縮成形することを特徴としている。この粉末成形方法において、前記液体としては油、水、アルコールのいずれかである。
【発明の効果】
【０００６】
以上の本発明方法は、第一粉末又はその予備成形体の表面部を液体で湿らすことにより、粉末表層部の粉末流動性を著しく悪くし、第一粉末又はその予備成形体の傾斜面を強固な臼状に形成するので、臼状部が第二粉末の充填時に受ける荷重等のアタックによって不用意に崩壊することがなくなり、確実にその形状を保持することができるようにして、バルブシート用圧粉成形体における周方向の粉末対向面を均質化できる。その結果、複合バルブシートの品質を設計とおり安定維持でき、高級の焼結金属等を用いてより薄くしたシート部を形成可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図７は焼結合金製のバルブシートの縦断面図である。このバルブシート１５は、ほぼ相似形の焼結体を製作し、必要に応じ各面をサイジングや切削加工にて所定寸法形状に仕上げたものであり、低級な焼結合金製の本体部１６と、高級な焼結合金製で不図示のバルブと当接する傾斜状のシート部１７とから構成されている。本発明は、同図のような概略円筒状のバルブシート１５を製造する際の粉末成形方法を対象としている。工夫点は、成形初期段階で原料粉末又は予備成形体に液を染み込ませることにある。以下の実施例では、その工夫点を特許文献１，２と比較しながら明らかにする。なお、使用される粉末成形金型の装置基本は従来と同じである。このため、各図では装置要部だけを示し、又、各図の装置には同じ部材および部位に同一符号を付している。
【実施例】
【０００８】
図１〜図６は粉末成形方法を模式的に示す縦断面図である。このうち、図１〜図３は発明の粉末成形方法、図４は特許文献１に記載の方法、図５は特許文献２に記載の方法である。ここで、図１、図２、図４および図６の金型装置は、孔内に段部１ａを有したダイ１と、下方からダイ１の孔内に嵌合した状態で摺動される下パンチ３、及び下パンチ３に嵌合した状態で摺動されるコア２と、ダイ１上に昇降可能に配置された上パンチ４、粉末供給用フイーダなどを備えている。上パンチ４は、下端側に設けられてバルブシートのシート面部を造形するテーパ面付きの突起を有し、ダイ１の孔及びコア２に嵌合した状態で下パンチ３との間で粉末を圧縮する。これら各部材は、特許文献２に記載されているようにプレス機構部によって作動する。作動の形態は、ダイ１が固定の場合や、ウイズドロアル方式のように下パンチ３が固定で、コア２とダイ１が上下動する場合がある。また、粉末供給用フイーダは、ダイキャビティから遠ざかった位置に待機しており、粉末充填の際に前進する図示されていない第一粉末用の第１フイーダと、第二粉末用の第２フイーダとから構成されている。図３および図５の金型装置は、前記装置に対し、ダイ１が段部１ａを持たずストレートの孔として形成されている点で異なっている。
【０００９】
（従来方法）図４の粉末成形方法において、図４（ａ）は、ダイ１の孔及びコア２並びに下パンチ３で区画されるダイキャビティに第一粉末５を充填し擦り切った状態を示している。次いで、図４（ｂ）は、下パンチ３を所定量下降させることにより、第一粉末５の上面が臼状になり上から下に向かってコア側に接近する傾斜面Ｓが形成された状態である。該傾斜面Ｓは、粉体摩擦ないしは粉末流動性等により湾曲面になり、下パンチ３の下降量を増したり荷重が加わると崩壊が起きる状態である。図４（ｃ）は、第２フイーダで第二粉末６を前記臼状部に充填した状態である。この状態では、粉末対向面が画然とした状態に図示されているが、実際は臼状部が第二粉末６の荷重等により部分崩壊して前記傾斜面Ｓが変化し不規則になっている。図４（ｄ）は、上パンチ４を下降させて下パンチ３とで第一粉末５および第二粉末６を圧縮した状態である。図４（ｅ）は、上パンチ４を上昇させると共に下パンチ３で成形体１０を押し上げ金型から抜き出した状態である。成形体１０は、バルブシート１５の成形素材であり、第一粉末５の圧粉体５ａの傾斜部ないしはシート対応部に第二粉末６の圧粉体６ａを層状に一体化している。
【００１０】
図５の粉末成形方法において、図５（ａ）は、図４（ａ）と同様にダイキャビティに第一粉末５を充填し擦り切った状態を示している。次いで、図５（ｂ）は、上パンチ４を下降させて軽く圧縮することにより、第一粉末５が予備成形され、該予備成形体５ｂの上面が上パンチ下端形状で臼状、つまり傾斜面Ｓが形成された状態である。図５（ｃ）は、図４（ｃ）と同様に第２フイーダで第二粉末６を前記臼状部に充填した状態である。以下、前記図４の（ｄ），（ｅ）のように圧縮成形および型抜出しされる。
【００１１】
図６は図４に示したダイ１が段部１ａを有した金型装置を用い、図５（ｂ）と同様に上パンチ４で第一粉末５を予備成形して臼状部を形成する方法を示している。図６（ａ）は、図４（ａ）と同様にダイキャビティに第一粉末５を充填し擦り切った状態である。次いで、図６（ｂ）は、図５（ｂ）と同様に上パンチ４を下降させて軽く圧縮することにより、第一粉末５が予備成形され、該予備成形体５ｂの上面が臼状に形成された状態である。図６（ｃ）は、図４（ｃ）と同様に第２フイーダで第二粉末６を前記臼状部に充填した状態である。以下、前記図４の（ｄ），（ｅ）のように圧縮成形および型抜出しされる。
【００１２】
以上の従来技術では、前述したように、第一粉末５と第二粉末６の対向面は不規則なものとなり、それに起因して複合バルブシート１５の特性がばらつくことになる。本発明は、そのような問題を図１〜図３に示される方法で解消したものである。
【００１３】
（発明方法）本発明の圧粉成形方法を図１〜図３により説明する。各図は、前記した図４〜図６で示した成形手順のうち、第一粉末５の上面を臼状に形成する段階から第二粉末６の充填までを対応して示しており、第一粉末５の充填と、第二粉末６を充填したのちの圧縮成形および成形体の型抜出しは従来と同様に行われる。このため、図面上では従来と同様な工程を省略している。
【００１４】
図１の粉末成形方法は、図４の従来方法に対し、第一粉体５の充填工程、充填された第一粉体５に臼状を形成する工程、第二粉体６を充填する工程、圧縮形成する工程、成形体１０を型抜出しする工程を経る点で同じため、相違点だけを示している。すなわち、この方法では、まず、図４（ａ）と同様にダイ１の孔及びコア２並びに下パンチ３で区画されるダイキャビティに第一粉末５を充填し擦り切った状態にする。次に、図４（ｂ）と同様に下パンチ３を下降して、図４（ｂ）のように第一粉末５の上面に臼状の傾斜面Ｓを形成するが、その際、液体７が噴霧又は散布される。具体的には、図１（ａ）に模式化したように下パンチ３を下降する最中又は下降完了時に第一粉末５の上側表面部が拡大図に示したように液適７ａで湿るように、ダイキャビティ上方から水、スピンドル油、アルコールなどの液体７を適量噴霧又は散布する。この場合は、液体７を筒形冶具等を介して霧状に噴霧したり散布することが好ましい。図１（ｃ）は、そのようにして液適７ａを表層部に染み込ませた第一粉末５の臼状部に第二粉末６を充填した状態を示している。このように、この圧粉成形方法では、第一粉末５の表面が液で湿ることにより、粉末流動性を悪くし、傾斜面Ｓの傾きを大きい状態で安定させる。したがって、第二粉末６を充填する際に受ける荷重等のアタックに強くなり、臼状部ないしは傾斜面Ｓが従来方法に比べて崩壊し難いものとなる。なお、第一粉末５の表面に付いた液適７ａは、焼結工程での加熱により、加熱初期段階の比較的低い温度で揮発したり燃焼して成形体１０から取り除かれる。
【００１５】
表１は、以上の第一粉末５が湿り度合いで安息角がどの様に変化するか調べたときの一例である。使用金型は図１等のものと同様であり、試験では鉄粉に黒鉛粉及び成形潤滑剤を含む通常の混合粉を用いた。該混合粉の安息角θは約３８度であった。この混合粉にスピンドル油を染み込ませると、混合粉の安息角θはその油含有量に比例して増加するようになる。本発明は、その作用を応用して、ギャビティ内に充填された第一粉末５（又はその予備成形体５ｂ）の少なくとも表層部を適宜湿らすことで、粉体摩擦を大きくして、第一粉末５（又はその予備成形体５ｂ）の臼状を形成している傾斜角を従来より大きしても該傾斜角を保持可能にしたり、傾斜面Ｓの強度を高くすることにある。
【００１６】
【表１】
2005088030.tif 000003
【００１７】
次に、図２の成形方法は、従来技術を示した図６と同様な金型装置を用い、第一粉末５に臼状の傾斜面Ｓを上パンチ４等を介した予備形成によって形成する場合である。図２（ａ）は図６（ｂ）と同じで、第一粉末５の上面を上パンチ４で押圧している状態である。図２（ｂ）は形成された予備成形体５ｂの傾斜面Ｓに液体７を適量噴霧又は散布している状態を示している。このように、傾斜面Ｓ（傾斜面を含む上表面部）を湿らして流動し難い状態としたのち、図２（ｃ）のように第二粉末６が充填される。以下、前記した図４の（ｄ），（ｅ）のように圧縮成形および型抜出しされる。なお、予備形成体５ｂの表面に付いた液適は、焼結工程での加熱により、比較的低い温度で揮発したり燃焼して成形体１０から取り除かれる。この圧粉成形方法では、上パンチ４に代えて、成形装置とは別に設けた臼状の傾斜面Ｓを形成するための仮押しパンチ装置にしてもよい。該仮押しパンチ装置は、充填粉末表面部に臼状の傾斜面Ｓを形成する先端形状をしたパンチをエアーシリンダ等で上下動する構造とし、ダイキャビティから離れた場所に設置され、粉末供給用フィーダと同様に必要時にダイキャビティに向かって進退する。
【００１８】
図３の成形方法は、従来技術を示した図５の成形方法と同様な手順である。図３（ａ）は第一粉末５を充填したのち、粉末表面に液体７を適量噴霧又は散布している状態を示している。粉末表面部が液体７で湿った状態から、図３（ｂ）のように、上パンチ４を降下させて第一粉末５を軽く押圧し、該押圧により予備形体５ｂおよびその表面部に臼状の傾斜面Ｓを形成する。湿りのある粉末表面を押圧した傾斜面Ｓは密度が低いわりに強固であり、図３（ｃ）のように臼状部に第二粉末６を充填しても崩壊が起こり難くくなる。
【００１９】
以上のように、第一粉末５やその予備成形体５ｂの表面部を液体７で湿らす液供給方式としては次のような構成にすることができる。すなわち、前述した図２（ｂ）及び図３（ｂ）のように、第一粉末５の上面に臼状の傾斜面Ｓを金型装置の上パンチ４または付設した仮押しパンチ装置で成形する場合に、上パンチ４または付設した仮押しパンチが上方に待機している最中に、当該パンチ面に液体を塗布しておき、ダイキャビティ内にある第一粉末５又は予備成形体５ｂへの押当過程で液体を粉体表面部に染み込ませる方法である。また、仮押しパンチに給液孔を設けて液圧送装置と連結し、仮押しパンチ下面の傘状面に通じる複数のオリフィスから液を排出できる構造とし、ダイキャビティ内にある第一粉末５又は予備成形体５ｂへの押当過程で液体を粉体表面部に注液する方法である。
【００２０】
本発明は、これらの液供給方式によって、第一粉末５やその予備成形体５ｂの臼状傾斜面Ｓを湿らすことにより、機械振動や第二粉末６を充填したときに起き易い臼状傾斜面の崩壊を防止できるので、複合バルブシートを設計とおりの品質で製造可能にし、又、バルブシート１５の高級側シート部１７の臼状傾斜角をより鋭角にしたり薄く形成することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】発明複合バルブシートの粉末成形手順要部を示す模式断面図である。
【図２】本発明の別の方法による粉末成形手順要部を示す模式断面図である。
【図３】本発明の更に別の方法による粉末成形手順要部を示す模式る断面図である。
【図４】特許文献１に記載の粉末成形手順を示す模式断面図である。
【図５】特許文献２に記載の粉末成形手順要部を示す模式断面図である。
【図６】従来の他の粉末成形手順要部を示す模式断面図である。
【図７】発明対象の焼結合金製複合バルブシートを示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１…ダイ
２…コア
３…下パンチ
４…上パンチ
５…第一粉末（５ａは圧粉体、５ｂは予備成形体）
６…第二粉末（６ａは圧粉体）
Ｓ…傾斜面
７…液体（７ａは液適）
１０…複合バルブシート用成形体
１５…複合バルブシート（１６は本体部、１７は臼状のシート部）
【図１】
2005088030.tif 000004
【図２】
2005088030.tif 000005
【図３】
2005088030.tif 000006
【図４】
2005088030.tif 000007
【図５】
2005088030.tif 000008
【図６】
2005088030.tif 000009
【図７】
2005088030.tif 000010